Edición del código genético de bacterias vivas

Investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard han creado una herramienta de búsqueda y reemplazo para editar el código genético de las bacterias vivas. La técnica ofrece una forma más poderosa de manipular organismos vivos y, eventualmente, podría usarse para producir microbios industriales que sean más seguros, más robustos y produzcan nuevos tipos de medicamentos y productos químicos.

Recoder ring: Los picos de colores alrededor de este anillo representan el número de codones que se han reemplazado en E. coli.

La mayoría de los genes que componen el código genético de un organismo son esencialmente planes de diseño para producir proteínas. Cada gen consta de una cadena larga de moléculas, llamadas nucleótidos. Tres de esos nucleótidos, un grupo conocido como codón, le dicen a una célula qué aminoácidos debe usar mientras construye una proteína.



Las células pueden usar 22 aminoácidos naturales como bloques de construcción para producir proteínas, pero los químicos han sintetizado más de cien de los llamados aminoácidos no naturales en el laboratorio utilizando herramientas de la química, no de la biología. Los organismos que ocurren naturalmente no pueden producir o construir con estos químicos. Los organismos que pudieran construir proteínas usando estos aminoácidos abrirían nuevas posibilidades, particularmente en el desarrollo de fármacos. Pero las células normales carecen del código genético necesario para trabajar con estos aminoácidos no naturales.

Un equipo de Harvard, dirigido por Iglesia de San Jorge , ha desarrollado una herramienta para editar genes que podría cambiar esto. Para que los microbios sean capaces de construir proteínas que incorporen aminoácidos no naturales, los investigadores deben poder editar todos los codones del genoma y manipular la maquinaria celular que lee esos codones. La nueva herramienta les permite hacer la primera parte.

Church dice que espera lograr tres objetivos con el enfoque. Primero, quiere crear bacterias que puedan producir nuevos medicamentos y otras sustancias químicas. En segundo lugar, quiere diseñar genéticamente bacterias que no pueden vivir fuera del laboratorio porque necesitan aminoácidos no naturales para sobrevivir, una hazaña que podría prevenir el daño ambiental que podría resultar de la liberación de tales bacterias en el mundo. Y tercero, quiere producir bacterias inmunes a los virus, ya que los virus pueden causar problemas en la producción industrial. La forma de lograr todas estas cosas es cambiar el [significado del] código genético de su organismo favorito, dice Church.

Jueves, en el diario Ciencias , El grupo de Church describió cómo eliminó las 314 instancias de un codón particular en el genoma de los seres vivos. E. coli y los reemplazó con otro codón. El trabajo fue codirigido por Farren Isaacs , ahora profesor asistente de biología molecular en la Universidad de Yale. El proceso implica realizar cambios genéticos a pequeña escala en múltiples cepas de E. coli , luego combinándolos.

Investigadores del Instituto J. Craig Venter han demostrado previamente una forma diferente de editar un genoma completo. Este es el mismo grupo que hizo la primera célula viva sintética el año pasado. El grupo Venter edita el genoma en una computadora y luego sintetiza todo usando una combinación de maquinaria y células de levadura; después de eso, el genoma se trasplanta a una célula receptora.

El método de Church introduce cambios en las células vivas. Él cree que la ventaja de este enfoque es que es posible corregir errores a medida que ocurren en el camino hacia cambios más importantes. Church espera que su último trabajo convenza a otros investigadores del valor de la ingeniería a escala genómica. Tanto su método como el desarrollado en el Instituto Venter implican el uso de máquinas sintetizadoras de ADN para producir grandes cantidades de ADN para que las absorban las células manipuladas. La síntesis de ADN sigue siendo cara. Y el tiempo involucrado en ambas técnicas, aunque se está acortando, es otro gasto. Necesitamos reducir los costos y pensar en la facilidad de uso, dice.

Hacer proteínas con componentes no naturales es tan útil que los biólogos lo han estado haciendo, aunque de manera ineficiente, durante décadas, dice David Tirrell , profesor de ingeniería química en Caltech. Tirrell no está afiliado al grupo de Harvard.

Dos empresas, Allozyme, con la que está asociado Tirrell, y Ambrix, están fabricando fármacos proteicos que incorporan aminoácidos no naturales. En ambos casos, han diseñado bacterias que pueden producir proteínas que incluyen solo un aminoácido no natural. Producir organismos que puedan utilizar más de estos productos químicos no naturales para producir nuevos tipos de moléculas abriría nuevas fronteras para los fármacos proteicos, dice. Las proteínas con componentes no naturales también podrían cruzar barreras en el cuerpo que no se rompen fácilmente en la actualidad, como la barrera hematoencefálica. El grupo de Church está comenzando una colaboración con Ambrix.

esconder